表面等離子共振的應(yīng)用及研究進(jìn)展

1、整理課件表面等離子共振技術(shù)的應(yīng)用（表面等離子共振技術(shù)的應(yīng)用（SPRSPR）15723663整理課件SPRSPR的檢測(cè)類型及其特點(diǎn)的檢測(cè)類型及其特點(diǎn)SPRSPR與其他檢測(cè)方法的比較與其他檢測(cè)方法的比較SPRSPR的最新研究進(jìn)展的最新研究進(jìn)展一二二SPRSPR在檢測(cè)中的應(yīng)用在檢測(cè)中的應(yīng)用整理課件第一節(jié)第一節(jié)SPRSPR在檢測(cè)中的應(yīng)在檢測(cè)中的應(yīng)用用整理課件一、應(yīng)用概述一、應(yīng)用概述 在SPR檢測(cè)技術(shù)中，我們可以根據(jù)樣品的類型，在金膜上金膜上偶聯(lián)上羧基端、氨基端和生物素等，然后采用化學(xué)方法將生物分子與金膜表面共價(jià)連接，形成不同的功能表面功能表面。通入樣品后，樣品與金膜表面的抗體或抗原特異性結(jié)合特異性結(jié)合

2、，不同質(zhì)量的生物分子與金膜表面特異性結(jié)合會(huì)引起折射率折射率的變化，得到分子間相互作用的特異性信號(hào)，從而應(yīng)用于生物化學(xué)分析。 圖：受體與配體結(jié)合后圖：受體與配體結(jié)合后 共振角的改變共振角的改變整理課件二、影響檢測(cè)結(jié)果的主要因素二、影響檢測(cè)結(jié)果的主要因素 1、傳感芯片的金屬膜對(duì)金屬膜的要求：對(duì)金屬膜的要求：1）反射率高（在可見(jiàn)光區(qū)）2）化學(xué)穩(wěn)定性好3）厚度合適（670nm的紅光，金膜最佳厚度為50nm） 綜合考慮，相比于Al和Cu，AuAu和Ag更適合做SPR的金屬膜。圖：共振角隨金膜厚度的變化圖：共振角隨金膜厚度的變化整理課件二、影響檢測(cè)結(jié)果的主要因素二、影響檢測(cè)結(jié)果的主要因素2、傳感器芯片的分

3、子膜分子膜制備的主要方法分子膜制備的主要方法：1）金屬膜直接吸附法(例一)2）共價(jià)連接法（例二）3）單分子復(fù)合膜法4）分子印膜技術(shù)裸露金屬膜的影響：裸露金屬膜的影響：首先，蛋白質(zhì)分子與金屬直接結(jié)合可能發(fā)生變性。其次，裸露的金屬表面更易發(fā)生非特異性結(jié)合。整理課件直接吸附法直接吸附法LB方法制備聚苯乙烯敏感膜工藝示意圖方法制備聚苯乙烯敏感膜工藝示意圖加去離子水到加去離子水到玻璃容器中玻璃容器中在水面滴加定量的在水面滴加定量的聚苯乙烯氯仿溶液聚苯乙烯氯仿溶液形成聚苯乙烯形成聚苯乙烯薄膜薄膜形成單層分子膜形成單層分子膜靜置形成靜置形成平靜液面平靜液面氯仿?lián)]發(fā)氯仿?lián)]發(fā)利用利用LBLB膜技術(shù)膜技術(shù)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)

4、：操作簡(jiǎn)單、：操作簡(jiǎn)單、 重現(xiàn)性好重現(xiàn)性好整理課件金(HS-螯合劑分子-NTA)金屬離子(組氨酸支鏈抗體1)抗原1 共價(jià)連接法共價(jià)連接法-金屬離子的媒介作用金屬離子的媒介作用整理課件三、三、SPRSPR檢測(cè)的應(yīng)用檢測(cè)的應(yīng)用（一）物理學(xué)應(yīng)用物理學(xué)應(yīng)用 若某種物理量物理量會(huì)引起特定敏感膜折射率折射率的變化，就可以采用SPR傳感技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。例如，基于溫度變化引起特定敏感膜的吸濕量變化，并導(dǎo)致其折射率變化，從而利用SPR傳感技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)的濕度濕度傳感系統(tǒng)，以及基于氫化無(wú)定形硅的熱光效應(yīng)的溫度溫度傳感系統(tǒng)等。（二）化學(xué)應(yīng)用化學(xué)應(yīng)用 引起敏感膜的光學(xué)屬性（主要是折射率折射率）的變化，進(jìn)而表面等離子共振條

5、件的變化，通過(guò)檢測(cè)共振角或共振波長(zhǎng)的變化來(lái)檢測(cè)待測(cè)分子的成分子的成分、濃度及參與化學(xué)反應(yīng)的特性分、濃度及參與化學(xué)反應(yīng)的特性。整理課件 （三）生物應(yīng)用（三）生物應(yīng)用（主要主要） SPR技術(shù)可以對(duì)生物分子進(jìn)行識(shí)別及定量檢測(cè)并用于研究生物分子間的相互作用。1 1、生物學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域、生物學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域：主要通過(guò)分子結(jié)合作用實(shí)現(xiàn)分子 識(shí)別及濃度測(cè)定2 2、藥物領(lǐng)域、藥物領(lǐng)域：主要應(yīng)用與藥物與蛋白質(zhì)之間的相互作 用及藥物篩選與新藥開(kāi)發(fā)。3 3、食品工業(yè)及環(huán)境檢測(cè)：、食品工業(yè)及環(huán)境檢測(cè)：主要用于維生素、生物毒素、 細(xì)菌及農(nóng)藥殘留檢測(cè)。4 4、蛋白質(zhì)組學(xué)：、蛋白質(zhì)組學(xué)：在天然條件下提供靶蛋白細(xì)胞器分布。5 5、臨床

6、診斷：、臨床診斷：檢測(cè)生物藥劑的可行性，應(yīng)用于癌癥治療。6 6、遺傳分析：、遺傳分析：用于檢測(cè)點(diǎn)突變。整理課件用用SPRSPR可獲得的信息可獲得的信息1、兩個(gè)分子之間結(jié)合的特異性（例一例一）2、目標(biāo)分子的濃度（例二例二）3、結(jié)合以及解離過(guò)程的動(dòng)力學(xué)參數(shù)4、結(jié)合的強(qiáng)度整理課件目的目的：確定HIV gp41 蛋白與P45蛋白相互作用的位點(diǎn)在競(jìng)爭(zhēng)抑制實(shí)驗(yàn)中，P1短肽對(duì)HIV gp41蛋白與蛋白與P45蛋白的蛋白的反應(yīng)有很強(qiáng)的抑制作用，而對(duì)HIV gp41與P62的相互作用幾乎沒(méi)有影響。結(jié)果表明：P1短肽上氨基酸的位點(diǎn)與P45相同。結(jié)論還可以用短肽蜂毒素進(jìn)行驗(yàn)證，說(shuō)明P1與HIV gp41的結(jié)合是特異

7、性結(jié)合特異性結(jié)合。t/s應(yīng)用一：特異性識(shí)別應(yīng)用一：特異性識(shí)別整理課件Figure 2. Detection of small molecules with LSPRs (A) scanning electron microscope (SEM) images of the array pattern of Au nanodisks fabri-cated on a glass substrate, top view. (B) LSPR spectra corresponding to the PGG binding, (inset) the resultingcalibration curve

8、 for PGG.Figure 1. Scheme of the binding process, after AMY (I) and upon PGG binding (II).應(yīng)用二：測(cè)定目標(biāo)分子的濃度應(yīng)用二：測(cè)定目標(biāo)分子的濃度目標(biāo)物濃度與共振角目標(biāo)物濃度與共振角位移成線性關(guān)系位移成線性關(guān)系A(chǔ)MY是淀粉酶PGG是黃酰單寧 ACS.NANO.2014.VOL. 8 NO. 8 79587967 整理課件一、一、SPRSPR檢及檢及SPRSPR檢測(cè)的類型檢測(cè)的類型及特點(diǎn)及特點(diǎn) 第二節(jié)第二節(jié)整理課件SPRSPR檢測(cè)的主要類型檢測(cè)的主要類型1、直接檢測(cè)2、夾心檢測(cè)3、替代反應(yīng)4、競(jìng)爭(zhēng)抑制反應(yīng)整理課

9、件一、直接檢測(cè)一、直接檢測(cè) Chem. Rev. 2008, 108, 462-493 DOI:10.1021/cr068107d檢測(cè)的對(duì)象：適用于檢測(cè)生物大分子檢測(cè)的對(duì)象：適用于檢測(cè)生物大分子整理課件二、夾心檢測(cè)二、夾心檢測(cè) Chem. Rev. 2008, 108, 462-493 DOI:10.1021/cr068107d檢測(cè)的對(duì)象：分析物在傳感器表面的響應(yīng)小檢測(cè)的對(duì)象：分析物在傳感器表面的響應(yīng)小整理課件Schematic representation of sandwich DNA detection assayvia AuNP-mediated SPR signal amplific

10、ation. The SPR measurements were carried out by injecting the oligonucleotide functionalized AuNPs into the flow cell housing sensors covered with various duplexes or capture probes. The intermediatedextran layer reduces the nonspecific adsorption of AuNPs, improving detection sensitivity.夾心檢測(cè)實(shí)例夾心檢測(cè)

11、實(shí)例The AuNP-tagged surface demonstrated a 10-fold increase in angle shift concomi -tant with a 1000-fold improvement in sensitivity and a 10 pM detection li-mit for the target 24-mer oligonucleotideChem. Rev. DOI:10.1021/cr20011782012, 112, 27392779結(jié)果：靈敏度結(jié)果：靈敏度提高提高10001000倍，倍，檢測(cè)限達(dá)到檢測(cè)限達(dá)到10pM10pM整理課件三、

12、替代反應(yīng)三、替代反應(yīng)檢測(cè)的對(duì)象：分析物的分子質(zhì)量相對(duì)較小。檢測(cè)的對(duì)象：分析物的分子質(zhì)量相對(duì)較小。整理課件四、競(jìng)爭(zhēng)抑制反應(yīng)四、競(jìng)爭(zhēng)抑制反應(yīng) Chem. Rev. 2008, 108, 462-493 DOI:10.1021/cr068107d檢測(cè)的對(duì)象：抗體不能或不適合固定到傳感器的表面，檢測(cè)的對(duì)象：抗體不能或不適合固定到傳感器的表面，而抗原可以固定到抗體的表面。既可以用于檢測(cè)抗原，而抗原可以固定到抗體的表面。既可以用于檢測(cè)抗原，也可以用于檢測(cè)抗體。也可以用于檢測(cè)抗體。整理課件三三SPRSPR技術(shù)與其他技術(shù)與其他檢測(cè)方法的比較檢測(cè)方法的比較整理課件SPR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)一、一、SPRSPR技

13、術(shù)與傳統(tǒng)檢測(cè)方法的比較技術(shù)與傳統(tǒng)檢測(cè)方法的比較1 1、可進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、可進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)2 2、無(wú)需樣品標(biāo)記、無(wú)需樣品標(biāo)記3 3、樣品用量少、樣品用量少4 4、應(yīng)用范圍廣、應(yīng)用范圍廣5 5、樣品不需前處理、樣品不需前處理6 6、能測(cè)量渾濁甚至不透、能測(cè)量渾濁甚至不透 明樣品明樣品1 1、靈敏度和檢測(cè)限有待、靈敏度和檢測(cè)限有待提高提高2 2、對(duì)分子量小于、對(duì)分子量小于10001000的的物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果還未達(dá)到物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果還未達(dá)到理想水平。理想水平。3 3、SPRSPR設(shè)備昂貴，便攜設(shè)備昂貴，便攜性差，系統(tǒng)性差，系統(tǒng)穩(wěn)定穩(wěn)定等問(wèn)題。等問(wèn)題。SPR技術(shù)的不足技術(shù)的不足整理課件二、二、SPRSPR技術(shù)與非標(biāo)

14、記方法的比較技術(shù)與非標(biāo)記方法的比較酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）是目前最為廣泛的免疫分析方法。 結(jié)論結(jié)論相比于相比于ELISAELISA技術(shù)，技術(shù)，SPRSPR的靈敏度提高的靈敏度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)了兩個(gè)數(shù)量級(jí)不同稀釋條件下兔抗人不同稀釋條件下兔抗人IgG抗血清的抗血清的SPR生物傳感器檢測(cè)的（生物傳感器檢測(cè)的（B）結(jié)果）結(jié)果不同稀釋條件下兔抗人不同稀釋條件下兔抗人IgG抗血抗血清的清的ELISA結(jié)果如（結(jié)果如（A）圖）圖BA整理課件四四SPRSPR技術(shù)應(yīng)用的最技術(shù)應(yīng)用的最新進(jìn)展新進(jìn)展整理課件（一）、（一）、SPRSPR技術(shù)的最近三項(xiàng)重大突破技術(shù)的最近三項(xiàng)重大突破1、光纖SPR和波導(dǎo)SPR （fi

15、ber- and waveguide-SPR）2、硅材料的SPR （SPR on silicon material）3、多分析物SPR系統(tǒng) （multi-analyte SPR system）整理課件（二）提高（二）提高SPRSPR檢測(cè)靈敏度的方法檢測(cè)靈敏度的方法1、納米技術(shù)的應(yīng)用納米技術(shù)的應(yīng)用 （1）以納米粒子為載體，夾心法測(cè)定（例一例一） （2）對(duì)金屬膜進(jìn)行修飾（例二例二）2、采用新型的檢測(cè)方法采用新型的檢測(cè)方法 光聲光譜（PSA），光熱偏轉(zhuǎn)光譜（PDS）、反射干涉光譜、Ellipsometric Microscopy 和電化學(xué)方法等。整理課件Cancer Biomarker Detect

16、ion in Serum Samples Using Surface Plasmon Resonance and Quartz Crystal Microbalance Sensors with Nanoparticle Signal AmplificationFigure 1. Schematic representation of the PSA sandwich assay using PSA detection antibody-modified Au nanoparticles. Anal. Chem. 2012,84,58985904DOI:10.1021/ac300278p |提

17、高分辨率的方法：金納米粒子的應(yīng)用提高分辨率的方法：金納米粒子的應(yīng)用整理課件Noncovalently Functionalized Monolayer Graphene for Sensitivity Enhancement of Surface Plasmon Resonance ImmunosensorsJ. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 28002803 DOI: 10.1021/ja511512m (A) electropolymerization of a polypyrrole-NTA 提高靈敏度的方法：用單層石墨烯修飾金屬膜提高靈敏度的方法：用單層石墨烯修飾金屬膜非共價(jià)非共價(jià)鍵結(jié)合鍵結(jié)合整理課件單層石墨烯獨(dú)特的功能使其可以顯著提高表面等離子激元的傳播常數(shù)，從而提高SPR的靈敏度。(B) stacking of pyrene-NTA followed by electropolymerization for the reinforcement of the layer.(C) Rea